智能健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)研究

　　摘要： 智能健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醫(yī)療方面的應(yīng)用，基于嵌入式系統(tǒng)、無(wú)線通信、手持設(shè)備等最新實(shí)用技術(shù)，以社區(qū)家庭老人健康監(jiān)護(hù)為應(yīng)用目的醫(yī)療系統(tǒng)。系統(tǒng)由STC12C5A60S2為感知層平臺(tái)、GSM/GPRS無(wú)線傳輸構(gòu)成為網(wǎng)絡(luò)層、PC機(jī)和手持設(shè)備終端為應(yīng)用層的三層結(jié)構(gòu)。應(yīng)用層的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化、插件化、標(biāo)準(zhǔn)化的各個(gè)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)。所有子系統(tǒng)按照平臺(tái)需求采用不同的軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)。

　　關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng);監(jiān)護(hù);STC12C5A60S2

　　Abstract： The health intelligent monitoring system is the medical system aiming at the application of the Internet of Things technology in the field of medical and being based on the latest technologies， such as embedded system， wireless communication， hand-held devices and so on. The purpose of the system is to care the health of the old person in community family. The system have three layer structure：STC12C5A60S2 as the platform for the perception layer， GSM/GPRS wireless transmission as the network layer， the PC and hand-held terminal equipment as the application layer. The software system design of application layer adopts modularized， plug-in and standardized independent subsystem design. All subsystems should be developed according to the demand of the platform and with different software platforms.

　　Key words： Internet of Things;monitoring;STC12C5A60S2

　　1 研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容

　　本研究為《基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的社區(qū)家庭老人實(shí)時(shí)智能健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研究及實(shí)現(xiàn)》(《The Internet of things technology community home for the elderly health intelligent monitoring system based on real-time》簡(jiǎn)稱IOT-HMS)項(xiàng)目中應(yīng)用層軟件設(shè)計(jì)部分。

　　1.1 研究目標(biāo)

　�、賹�(shí)時(shí)檢測(cè)被監(jiān)護(hù)人的血壓、脈象、溫度、心跳等各項(xiàng)健康指標(biāo)。

　　②利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使用SIM900A模塊的GPRS功能，將被監(jiān)護(hù)人各項(xiàng)健康指標(biāo)信息通過(guò)打包的方式通過(guò)移動(dòng)數(shù)據(jù)交換中心發(fā)送給PC機(jī)。

　�、跴C機(jī)中設(shè)立數(shù)據(jù)庫(kù)包含被監(jiān)護(hù)人的姓名、性別、照片、家庭地址、應(yīng)急電話、以往病史以及被監(jiān)護(hù)人健康指標(biāo)參數(shù)等字段，當(dāng)被監(jiān)護(hù)人健康指標(biāo)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，PC機(jī)通過(guò)短信模塊向監(jiān)護(hù)人手機(jī)發(fā)送預(yù)警短信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)

　　功能。

　�、茉O(shè)備上自帶語(yǔ)音模塊，當(dāng)被監(jiān)護(hù)人出現(xiàn)嚴(yán)重健康狀況時(shí)，啟動(dòng)語(yǔ)音模塊提醒鄰近人進(jìn)行救助。

　　1.2 研究?jī)?nèi)容 本系統(tǒng)主要由三部分組成：感知層、傳輸層以及應(yīng)用層。

　�、俑兄獙影�含被監(jiān)護(hù)人健康指標(biāo)檢測(cè)模塊以及CPU控制模塊。檢測(cè)模塊包括血壓、脈象、溫度、心跳等健康參數(shù)檢測(cè)設(shè)備，負(fù)責(zé)對(duì)被監(jiān)護(hù)人進(jìn)行健康信息采集，向上傳輸至控制模塊;控制模塊是整個(gè)裝置的核心，由CPU負(fù)責(zé)對(duì)傳輸進(jìn)來(lái)的各種信息進(jìn)行智能分析并做出綜合處理。

　�、趥鬏攲影�含GPRS服務(wù)器數(shù)據(jù)傳送模塊和預(yù)警短信模塊。GPRS服務(wù)器數(shù)據(jù)傳送模塊將被監(jiān)護(hù)人的健康參數(shù)通過(guò)打包的方式通過(guò)移動(dòng)數(shù)據(jù)交換中心發(fā)送給PC機(jī);PC機(jī)將信息與數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息進(jìn)行比對(duì)，及時(shí)向監(jiān)護(hù)人發(fā)送預(yù)警短信。

　�、蹜�(yīng)用層主要指PC機(jī)上的數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)。數(shù)據(jù)庫(kù)包含被監(jiān)護(hù)人的姓名、性別、照片、家庭地址、應(yīng)急電話、以往病史以及被監(jiān)護(hù)人健康指標(biāo)參數(shù)等字段，通過(guò)信息比對(duì)查詢，及時(shí)通過(guò)傳輸層發(fā)送預(yù)警信息。

　　2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　軟件系統(tǒng)貫穿整個(gè)研究設(shè)計(jì)過(guò)程：從感知層需要運(yùn)行在STC12C5A60S2平臺(tái)中的C程序，到運(yùn)行在傳輸層和應(yīng)用層的windows軟件程序。

　　2.1 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)理念 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化，各個(gè)軟件單獨(dú)設(shè)計(jì)，再集成。從而利于軟件功能的實(shí)現(xiàn)。

　　2.2 軟件設(shè)計(jì) 當(dāng)采集數(shù)據(jù)通過(guò)GSM/GPRS系統(tǒng)傳輸?shù)椒��?wù)器中開(kāi)始使用服務(wù)器軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。整體軟件架構(gòu)思路如圖1。

　　2.3 軟件處理流程 軟件的數(shù)據(jù)流處理流程如圖2。

　　2.4 文件處理流程 文件的處理流程如圖3。

　　2.5 軟件單元模塊

　　2.5.1 數(shù)據(jù)采集單元 通過(guò)運(yùn)行于STC12C5A60S2單片機(jī)平臺(tái)中的C程序，實(shí)現(xiàn)被采集人的體溫等等健康指標(biāo)的采集，采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通過(guò)GSM/GPRS模塊(SIM900B模塊)將數(shù)據(jù)送往服務(wù)器端。

　　被采集人的個(gè)人識(shí)別信息通過(guò)軟件直接寫入單片機(jī)運(yùn)行程序中。 　　服務(wù)器端的IP地址通過(guò)使用花生殼動(dòng)態(tài)域名進(jìn)行解析，從而保證采集器可以實(shí)時(shí)通過(guò)TCP/UDP方式連接到服務(wù)器端。從而實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)椒��?wù)器中。

　　2.5.2 數(shù)據(jù)接收單元 數(shù)據(jù)接收單元運(yùn)行于服務(wù)器端。將以TCP/DUP方式收到的數(shù)據(jù)以文本文件的方式存儲(chǔ)于服務(wù)器中，便于入庫(kù)及掃描單元使用。數(shù)據(jù)接收單元實(shí)時(shí)運(yùn)行。實(shí)時(shí)監(jiān)控TCP/UDP端口的數(shù)據(jù)變化。

　　2.5.3 線程服務(wù) 線程服務(wù)單元為系統(tǒng)線程管理服務(wù)，通過(guò)該單元可以控制系統(tǒng)CPU的使用，控制文件掃描和處理的線程數(shù)量等。該單元保證了既充分利用系統(tǒng)資源的同時(shí)也避免了處理瓶頸的出現(xiàn)。

　　線程服務(wù)單元通過(guò)配置文件以供系統(tǒng)組件使用，通過(guò)配置文件，可以修改線程池的大小，線程優(yōu)先級(jí)，線程的等待隊(duì)列大小等等。

　　線程池的大小決定了處理程序的并發(fā)度，線程優(yōu)先級(jí)決定了處理程序獲得CPU執(zhí)行的機(jī)會(huì)多少，線程的等待隊(duì)列可以限制排隊(duì)長(zhǎng)度，當(dāng)排隊(duì)數(shù)量超過(guò)指定限制時(shí)，向線程服務(wù)單元提交處理任務(wù)將會(huì)被阻塞，直到有線程處理完成且排隊(duì)數(shù)量減少為止。

　　2.5.4 日志服務(wù) 為系統(tǒng)提供日志服務(wù)，以便開(kāi)發(fā)和維護(hù)使用�？梢酝ㄟ^(guò)該單元控制日志的輸出信息。

　　2.5.5 定時(shí)調(diào)度服務(wù) 該單元為服務(wù)組件，提供定時(shí)調(diào)度服務(wù)，其他單元可以利用該單元進(jìn)行定時(shí)任務(wù)的注冊(cè)和解除。通常情況下文件的掃描、文件入庫(kù)等等任務(wù)都是由相關(guān)組件進(jìn)行注冊(cè)，由定時(shí)調(diào)度單元進(jìn)行適時(shí)調(diào)度的。

　　定時(shí)調(diào)度主要是針對(duì)需要按時(shí)鐘來(lái)觸發(fā)的任務(wù)，比如說(shuō)文件掃描任務(wù)、文件入庫(kù)任務(wù)、文件清除任務(wù)等等。

　　2.5.6 配置管理服務(wù) 為系統(tǒng)各個(gè)單元組件提供配置信息。專門設(shè)置配置管理單元，可以更方便的進(jìn)行系統(tǒng)配置管理。將所有配置文件集中到該單元目錄下，以提供集中的配置管理。當(dāng)然或許可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)或者其他方式進(jìn)行配置信息的管理。

　　2.5.7 文件掃描服務(wù) 當(dāng)數(shù)據(jù)接收單元接收到數(shù)據(jù)并生成文本文件存于數(shù)據(jù)接收目錄中時(shí)，本組件可以方便的進(jìn)行文件掃描控制，并可以按各種條件過(guò)濾文件：比如按修改時(shí)間戳過(guò)濾，按文件擴(kuò)展名過(guò)濾。同時(shí)該單元會(huì)記錄已經(jīng)處理過(guò)的文件，以保證不會(huì)被重復(fù)處理。該單元同時(shí)提供多種文件源掃描，比如FTP、本地文件等。

　　2.5.8 標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)計(jì)算服務(wù) 以IOT-HMS所輸出的數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，在此單元中實(shí)現(xiàn)計(jì)算和輸出，輸出數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。該單元同時(shí)控制數(shù)據(jù)的輸出格式，包括定時(shí)、定性數(shù)據(jù)輸出。該模塊具備可編輯性，能夠定制特定的數(shù)據(jù)輸出格式。

　　2.5.9 文件入庫(kù)單元 本單元對(duì)應(yīng)文件處理流程中將掃描單元標(biāo)記的文本文件打開(kāi)，讀取，處理后將數(shù)據(jù)直接送入SQL SERVER2008數(shù)據(jù)庫(kù)中。

　　數(shù)據(jù)的入庫(kù)將采用即時(shí)的入庫(kù)方式，從而保障數(shù)據(jù)查詢的及時(shí)性。當(dāng)然入庫(kù)等過(guò)程需要周期，延遲當(dāng)控制在2分鐘以內(nèi)。所以入庫(kù)的數(shù)據(jù)將使用100行或者10行等不同的數(shù)量同時(shí)入庫(kù)的方式。

　　2.5.10 文件清除單元 根據(jù)掃描單元的標(biāo)記和入庫(kù)單元的入庫(kù)標(biāo)記，將已經(jīng)入庫(kù)的文件清除，從而還系統(tǒng)簡(jiǎn)潔明快。

　　2.5.11 SQL SERVER數(shù)據(jù)庫(kù)檢查單元 數(shù)據(jù)庫(kù)檢查單元負(fù)責(zé)檢查當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)是否適應(yīng)于IOT-HMS的輸出，如果不適用，則會(huì)生成修改數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)的腳本或者建表腳本。這樣的檢查可以簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)升級(jí)，并減少因增減數(shù)據(jù)字段導(dǎo)致的系統(tǒng)不兼容。

　　該模塊的產(chǎn)生是應(yīng)對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行是否穩(wěn)定。以及預(yù)防認(rèn)為的在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中增加非法表格和字段，造成系統(tǒng)空間浪費(fèi)和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的發(fā)生。一旦檢查發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，會(huì)進(jìn)行及時(shí)修復(fù)，保障系統(tǒng)的干凈、高效。

　　2.5.12 自定義監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)管理單元 可以自定義IOT-HMS系統(tǒng)的監(jiān)控指標(biāo)。按照用戶需求進(jìn)行定義。

　　3 總結(jié)

　　軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化、插件化、標(biāo)準(zhǔn)化的各個(gè)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)。所有子系統(tǒng)按照平臺(tái)需求采用不同的軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)。

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